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SpringCloud升级之路2020.0.x版-23.订制Spring Cloud LoadBalancer

本系列代码地址:https://github.com/HashZhang/spring-cloud-scaffold/tree/master/spring-cloud-iiford

我们使用 Spring Cloud 官方推荐的 Spring Cloud LoadBalancer 作为我们的客户端负载均衡器。上一节我们了解了 Spring Cloud LoadBalancer 的结构,接下来我们来说一下我们在使用 Spring Cloud LoadBalancer 要实现的功能:

  1. 我们要实现不同集群之间不互相调用,通过实例的
    metamap

    中的

    zone

    配置,来区分不同集群的实例。只有实例的

    metamap

    中的

    zone

    配置一样的实例才能互相调用。这个通过实现自定义的

    ServiceInstanceListSupplier

    即可实现

  2. 负载均衡的轮询算法,需要请求与请求之间隔离,不能共用同一个 position 导致某个请求失败之后的重试还是原来失败的实例。上一节看到的默认的
    RoundRobinLoadBalancer

    是所有线程共用同一个原子变量

    position

    每次请求原子加 1。在这种情况下会有问题:假设有微服务 A 有两个实例:实例 1 和实例 2。请求 A 到达时,

    RoundRobinLoadBalancer

    返回实例 1,这时有请求 B 到达,

    RoundRobinLoadBalancer

    返回实例 2。然后如果请求 A 失败重试,

    RoundRobinLoadBalancer

    又返回了实例 1。这不是我们期望看到的。

针对这两个功能,我们分别编写自己的实现。

Spring Cloud LoadBalancer 中的 zone 配置

Spring Cloud LoadBalancer 定义了

LoadBalancerZoneConfig

public class LoadBalancerZoneConfig {//标识当前负载均衡器处于哪一个 zoneprivate String zone;public LoadBalancerZoneConfig(String zone) {this.zone = zone;}public String getZone() {return zone;}public void setZone(String zone) {this.zone = zone;}}

如果没有引入 Eureka 相关依赖,则这个 zone 通过

spring.cloud.loadbalancer.zone

配置:

LoadBalancerAutoConfiguration

@Bean@ConditionalOnMissingBeanpublic LoadBalancerZoneConfig zoneConfig(Environment environment) {return new LoadBalancerZoneConfig(environment.getProperty("spring.cloud.loadbalancer.zone"));}

如果引入了 Eureka 相关依赖,则如果在 Eureka 元数据配置了 zone,则这个 zone 会覆盖 Spring Cloud LoadBalancer 中的

LoadBalancerZoneConfig

EurekaLoadBalancerClientConfiguration

@PostConstructpublic void postprocess() {if (!StringUtils.isEmpty(zoneConfig.getZone())) {return;}String zone = getZoneFromEureka();if (!StringUtils.isEmpty(zone)) {if (LOG.isDebugEnabled()) {LOG.debug("Setting the value of \'" + LOADBALANCER_ZONE + "\' to " + zone);}//设置 `LoadBalancerZoneConfig`zoneConfig.setZone(zone);}}private String getZoneFromEureka() {String zone;//是否配置了 spring.cloud.loadbalancer.eureka.approximateZoneFromHostname 为 trueboolean approximateZoneFromHostname = eurekaLoadBalancerProperties.isApproximateZoneFromHostname();//如果配置了,则尝试从 Eureka 配置的 host 名称中提取//实际就是以 . 分割 host,然后第二个就是 zone//例如 www.zone1.com 就是 zone1if (approximateZoneFromHostname && eurekaConfig != null) {return ZoneUtils.extractApproximateZone(this.eurekaConfig.getHostName(false));}else {//否则,从 metadata map 中取 zone 这个 keyzone = eurekaConfig == null ? null : eurekaConfig.getMetadataMap().get("zone");//如果这个 key 不存在,则从配置中以 region 从 zone 列表取第一个 zone 作为当前 zoneif (StringUtils.isEmpty(zone) && clientConfig != null) {String[] zones = clientConfig.getAvailabilityZones(clientConfig.getRegion());// Pick the first one from the regions we want to connect tozone = zones != null && zones.length > 0 ? zones[0] : null;}return zone;}}

实现 SameZoneOnlyServiceInstanceListSupplier

为了实现通过 zone 来过滤同一 zone 下的实例,并且绝对不会返回非同一 zone 下的实例,我们来编写代码:

SameZoneOnlyServiceInstanceListSupplier

/*** 只返回与当前实例同一个 Zone 的服务实例,不同 zone 之间的服务不互相调用*/public class SameZoneOnlyServiceInstanceListSupplier extends DelegatingServiceInstanceListSupplier {/*** 实例元数据 map 中表示 zone 配置的 key*/private final String ZONE = "zone";/*** 当前 spring cloud loadbalancer 的 zone 配置*/private final LoadBalancerZoneConfig zoneConfig;private String zone;public SameZoneOnlyServiceInstanceListSupplier(ServiceInstanceListSupplier delegate, LoadBalancerZoneConfig zoneConfig) {super(delegate);this.zoneConfig = zoneConfig;}@Overridepublic Flux<List<ServiceInstance>> get() {return getDelegate().get().map(this::filteredByZone);}//通过 zoneConfig 过滤private List<ServiceInstance> filteredByZone(List<ServiceInstance> serviceInstances) {if (zone == null) {zone = zoneConfig.getZone();}if (zone != null) {List<ServiceInstance> filteredInstances = new ArrayList<>();for (ServiceInstance serviceInstance : serviceInstances) {String instanceZone = getZone(serviceInstance);if (zone.equalsIgnoreCase(instanceZone)) {filteredInstances.add(serviceInstance);}}if (filteredInstances.size() > 0) {return filteredInstances;}}/*** @see ZonePreferenceServiceInstanceListSupplier 在没有相同zone实例的时候返回的是所有实例* 我们这里为了实现不同 zone 之间不互相调用需要返回空列表*/return List.of();}//读取实例的 zone,没有配置则为 nullprivate String getZone(ServiceInstance serviceInstance) {Map<String, String> metadata = serviceInstance.getMetadata();if (metadata != null) {return metadata.get(ZONE);}return null;}}

在之前章节的讲述中,我们提到了我们使用 spring-cloud-sleuth 作为链路追踪库。我们想可以通过其中的 traceId,来区分究竟是否是同一个请求。

RoundRobinWithRequestSeparatedPositionLoadBalancer

//一定必须是实现ReactorServiceInstanceLoadBalancer//而不是ReactorLoadBalancer<ServiceInstance>//因为注册的时候是ReactorServiceInstanceLoadBalancer@Log4j2public class RoundRobinWithRequestSeparatedPositionLoadBalancer implements ReactorServiceInstanceLoadBalancer {private final ServiceInstanceListSupplier serviceInstanceListSupplier;//每次请求算上重试不会超过1分钟//对于超过1分钟的,这种请求肯定比较重,不应该重试private final LoadingCache<Long, AtomicInteger> positionCache = Caffeine.newBuilder().expireAfterWrite(1, TimeUnit.MINUTES)//随机初始值,防止每次都是从第一个开始调用.build(k -> new AtomicInteger(ThreadLocalRandom.current().nextInt(0, 1000)));private final String serviceId;private final Tracer tracer;public RoundRobinWithRequestSeparatedPositionLoadBalancer(ServiceInstanceListSupplier serviceInstanceListSupplier, String serviceId, Tracer tracer) {this.serviceInstanceListSupplier = serviceInstanceListSupplier;this.serviceId = serviceId;this.tracer = tracer;}@Overridepublic Mono<Response<ServiceInstance>> choose(Request request) {return serviceInstanceListSupplier.get().next().map(serviceInstances -> getInstanceResponse(serviceInstances));}private Response<ServiceInstance> getInstanceResponse(List<ServiceInstance> serviceInstances) {if (serviceInstances.isEmpty()) {log.warn("No servers available for service: " + this.serviceId);return new EmptyResponse();}return getInstanceResponseByRoundRobin(serviceInstances);}private Response<ServiceInstance> getInstanceResponseByRoundRobin(List<ServiceInstance> serviceInstances) {if (serviceInstances.isEmpty()) {log.warn("No servers available for service: " + this.serviceId);return new EmptyResponse();}//为了解决原始算法不同调用并发可能导致一个请求重试相同的实例Span currentSpan = tracer.currentSpan();if (currentSpan == null) {currentSpan = tracer.newTrace();}long l = currentSpan.context().traceId();AtomicInteger seed = positionCache.get(l);int s = seed.getAndIncrement();int pos = s % serviceInstances.size();log.info("position {}, seed: {}, instances count: {}", pos, s, serviceInstances.size());return new DefaultResponse(serviceInstances.stream()//实例返回列表顺序可能不同,为了保持一致,先排序再取.sorted(Comparator.comparing(ServiceInstance::getInstanceId)).collect(Collectors.toList()).get(pos));}}

在上一节,我们提到了可以通过

@LoadBalancerClients

注解配置默认的负载均衡器配置,我们这里就是通过这种方式进行配置。首先在 spring.factories 中添加自动配置类:

spring.factories

org.springframework.boot.autoconfigure.EnableAutoConfiguration=\\com.github.hashjang.spring.cloud.iiford.service.common.auto.LoadBalancerAutoConfiguration

然后编写这个自动配置类,其实很简单,就是添加一个

@LoadBalancerClients

注解,设置默认配置类:

LoadBalancerAutoConfiguration

@Configuration(proxyBeanMethods = false)@LoadBalancerClients(defaultConfiguration = DefaultLoadBalancerConfiguration.class)public class LoadBalancerAutoConfiguration {}

编写这个默认配置类,将上面我们实现的两个类,组装进去:

DefaultLoadBalancerConfiguration

@Configuration(proxyBeanMethods = false)public class DefaultLoadBalancerConfiguration {@Beanpublic ServiceInstanceListSupplier serviceInstanceListSupplier(DiscoveryClient discoveryClient,Environment env,ConfigurableApplicationContext context,LoadBalancerZoneConfig zoneConfig) {ObjectProvider<LoadBalancerCacheManager> cacheManagerProvider = context.getBeanProvider(LoadBalancerCacheManager.class);return  //开启服务实例缓存new CachingServiceInstanceListSupplier(//只能返回同一个 zone 的服务实例new SameZoneOnlyServiceInstanceListSupplier(//启用通过 discoveryClient 的服务发现new DiscoveryClientServiceInstanceListSupplier(discoveryClient, env),zoneConfig), cacheManagerProvider.getIfAvailable());}@Beanpublic ReactorLoadBalancer<ServiceInstance> reactorServiceInstanceLoadBalancer(Environment environment,ServiceInstanceListSupplier serviceInstanceListSupplier,Tracer tracer) {String name = environment.getProperty(LoadBalancerClientFactory.PROPERTY_NAME);return new RoundRobinWithRequestSeparatedPositionLoadBalancer(serviceInstanceListSupplier,name,tracer);}}

这样,我们就实现了自定义的负载均衡器。也理解了 Spring Cloud LoadBalancer 的使用。

我们这一节详细分析在我们项目中使用 Spring Cloud LoadBalancer 要实现的功能,实现了自定义的负载均衡器,也理解了 Spring Cloud LoadBalancer 的使用。下一节我们使用单元测试验证我们要实现的这些功能是否有效。

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